第1單元半導(dǎo)體器件

1、中等職業(yè)教育課程改革國家規(guī)劃新教材PPT電子技術(shù)基礎(chǔ)與技能電子技術(shù)基礎(chǔ)與技能（通信類）（通信類）人民郵電出版社人民郵電出版社第第1 1單元單元 半導(dǎo)體器件半導(dǎo)體器件v 熟識(shí)二極管的外形和符號(hào)。v 掌握二極管的單向?qū)щ娦院椭饕獏?shù)，了解伏安特性。v 了解穩(wěn)壓二極管的功能及使用常識(shí)。v 了解其他特殊二極管及應(yīng)用。v 了解三極管的結(jié)構(gòu)，掌握三極管符號(hào)、電流分配關(guān)系及放大作用。v 了解三極管的輸入、輸出特性和主要參數(shù)，掌握三極管的3 種工作狀態(tài)。v 了解場(chǎng)效晶體管的分類、主要參數(shù)和工作特點(diǎn)。v 了解晶閘管的結(jié)構(gòu)、導(dǎo)電特性、引腳排列及在可控整流、交流調(diào)壓方面的應(yīng)用。v會(huì)使用萬用表檢測(cè)二極管好壞和判別極性

2、。v會(huì)測(cè)量三極管的引腳及檢測(cè)質(zhì)量好壞。v會(huì)查閱半導(dǎo)體器件手冊(cè)，能按要求選用二極管、三極管。v學(xué)會(huì)使用信號(hào)發(fā)生器、萬用表、示波器。二極管二極管1三極管三極管2其他半導(dǎo)體器件其他半導(dǎo)體器件3第第1 1節(jié)二極管節(jié)二極管 一、二極管的結(jié)構(gòu)及符號(hào) 二、二極管的單向?qū)щ娦?三、二極管的伏安特性、主要參數(shù) 四、穩(wěn)壓二極管 五、其他特殊二極管一、二極管的結(jié)構(gòu)及符號(hào)一、二極管的結(jié)構(gòu)及符號(hào)1二極管的外形結(jié)構(gòu)二極管的外形結(jié)構(gòu)如圖1.2 所示為用于家用電器、穩(wěn)壓電源等電子產(chǎn)品中的各種不同外形的二極管。2二極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介二極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介 半導(dǎo)體材料摻入不同的雜質(zhì)可以做成N 型和P 型兩種不同的半導(dǎo)體材料。當(dāng)把一

3、塊P 型半導(dǎo)體和一塊N 型半導(dǎo)體用特殊工藝緊密結(jié)合時(shí)，在二者的交界面上會(huì)形成一個(gè)具有特殊現(xiàn)象的薄層，稱為PN 結(jié)。PN 結(jié)具有單向?qū)щ姷奶匦?，二極管正是以一個(gè)PN 結(jié)為核心構(gòu)成的，從P 區(qū)引出的電極為正極，從N 區(qū)引出的電極為負(fù)極。3圖形符號(hào)圖形符號(hào)4二極管分類二極管分類（1）按材料分，有硅材料二極管、鍺材料二極管等。（2）按功能分，首先可以分成普通二極管和特殊二極管兩大類。二、二極管的單向?qū)щ娦詺w納：歸納： 二極管具有外加正向電壓導(dǎo)通，外加反向電壓截止的導(dǎo)電特性，即單向?qū)щ娦?。三、二極管的伏安特性、主要參數(shù)1二極管的伏安特性二極管的伏安特性 加在二極管兩端的電壓與通過二極管的電流之間的關(guān)系稱

4、為伏安特性，由此得到的曲線稱為伏安特性曲線。（1）正向特性）正向特性 當(dāng)二極管兩端所加的正向電壓由零開始增大時(shí)，在正向電壓比較小的范圍內(nèi)，正向電流很小，二極管呈現(xiàn)很大的電阻，如圖中OA 段，通常把這個(gè)范圍稱為死區(qū)，相應(yīng)的電壓叫死區(qū)電壓。硅二極管的死區(qū)電壓為0.5V 左右，鍺二極管的死區(qū)電壓約為0.1 0.2V。 外加電壓超過死區(qū)電壓以后，二極管呈現(xiàn)很小的電阻，正向電流ID 迅速增加，這時(shí)二極管處于正向?qū)顟B(tài)，如圖中AB 段為導(dǎo)通區(qū)，此時(shí)二極管兩端電壓降變化不大，該電壓值稱為正向壓降（或管壓降），常溫下硅二極管約為0.6 0. V，鍺二極管約為0.2 0.3V。（2）反向特性）反向特性 當(dāng)給二

5、極管加反向電壓時(shí)，所形成的反向電流是很小的，而且在很大范圍內(nèi)基本不隨反向電壓的變化而變化，即保持恒定，如曲線OC 段，稱其為反向截止區(qū)，此區(qū)的電流IR 稱為反向飽和電流。 當(dāng)反向電壓大到一定數(shù)值（UBR）時(shí)，反向電流會(huì)急劇增大，如圖中CD 段，這種現(xiàn)象稱為反向擊穿，相應(yīng)的電壓叫反向擊穿電壓。2二極管的主要參數(shù)二極管的主要參數(shù)（1）最大整流電流（IFM）。IFM 是指二極管長(zhǎng)期工作時(shí)，允許通過二極管的最大正向平均電流，通常稱作額定工作電流。（2）最高反向工作電壓（URM）。二極管在使用時(shí)允許加上的URM，通常稱作額定工作電壓。3二極管的開關(guān)特性與理想二極管二極管的開關(guān)特性與理想二極管相當(dāng)于開關(guān)斷

6、開。四、穩(wěn)壓二極管1穩(wěn)壓二極管結(jié)構(gòu)穩(wěn)壓二極管結(jié)構(gòu) 穩(wěn)壓二極管是一種用特殊工藝制造的硅材料二極管，由于它具有穩(wěn)定電壓的功能，因此把這種類型的二極管稱為穩(wěn)壓二極管。2穩(wěn)壓二極管的作用及其伏安特性穩(wěn)壓二極管的作用及其伏安特性歸納：歸納：穩(wěn)壓二極管工作在特性曲線的反向擊穿區(qū)，表明穩(wěn)壓二極管在擊穿狀態(tài)下，流過穩(wěn)壓二極管的電流在較大范圍內(nèi)變化（IZ）時(shí)，而穩(wěn)壓二極管兩端電壓變化（UZ）很小，理想情況下認(rèn)為幾乎不變，這就是穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓作用。3穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù)穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù)（1）穩(wěn)定電壓）穩(wěn)定電壓UZ。該參數(shù)是指穩(wěn)壓二極管正常工作時(shí)其兩端具有的電壓值。（2）穩(wěn)定電流）穩(wěn)定電流IZ。該參數(shù)是指穩(wěn)壓

7、二極管正常工作時(shí)穩(wěn)定電流的參考值。（3）最大穩(wěn)定電流）最大穩(wěn)定電流IZM。該參數(shù)是指穩(wěn)壓二極管允許長(zhǎng)期通過的最大工作電流。（4）額定功耗。）額定功耗。該參數(shù)是由穩(wěn)壓二極管允許溫升決定的。4簡(jiǎn)單的穩(wěn)壓電路簡(jiǎn)單的穩(wěn)壓電路過程可用符號(hào)表達(dá)為Uo IZ IR UR Uo 五、其他特殊二極管1發(fā)光二極管發(fā)光二極管 發(fā)光二極管（LED）是將電信號(hào)變成光信號(hào)的一種半導(dǎo)體器件，發(fā)光二極管的PN 結(jié)工作在正向偏置狀態(tài)。 發(fā)光二極管在日常生活中無處不在，不僅家用電器、儀器儀表上的指示燈及廣告顯視屏等用發(fā)光二極管，而且手電筒、鑰匙扣、裝飾燈等也在使用發(fā)光二極管，如圖1.13 所示。圖1.13發(fā)光二極管應(yīng)用實(shí)例2光電

8、二極管光電二極管 光電二極管又稱光敏二極管，是將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的一種半導(dǎo)體器件，其PN 結(jié)一般工作在反向偏置狀態(tài)。3變?nèi)荻O管變?nèi)荻O管 變?nèi)荻O管用半導(dǎo)體材料硅或鍺制成，利用PN 結(jié)結(jié)電容隨反向電壓的增加而減小的原理工作。第2節(jié) 三極管 一、三極管的結(jié)構(gòu)及分類 二、三極管電流放大作用 三、三極管的特性曲線及主要參數(shù)一、三極管的結(jié)構(gòu)及分類一、三極管的結(jié)構(gòu)及分類1三極管的結(jié)構(gòu)三極管的結(jié)構(gòu) 如圖1.23（a）所示為三極管實(shí)物圖，如圖1.23（b）所示為常見的三極管封裝外形。三極管常采用金屬、塑料或玻璃封裝。 三極管是由兩個(gè)PN 結(jié)構(gòu)成的，兩個(gè)PN 結(jié)將整個(gè)半導(dǎo)體基片分為3 個(gè)區(qū)發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集

9、電區(qū)。由3 個(gè)區(qū)各引出一個(gè)電極，分別為發(fā)射極e、基極b 和集電極c。發(fā)射區(qū)與基區(qū)之間的PN 結(jié)稱為發(fā)射結(jié)，集電區(qū)與基區(qū)之間的PN 結(jié)稱為集電結(jié)。三極管按結(jié)構(gòu)可分為NPN 型和PNP 型兩類，它們的結(jié)構(gòu)及圖形符號(hào)如圖1.24 所示，三極管文字符號(hào)為VT。2三極管的分類三極管的分類 三極管的種類很多，通常按以下方法進(jìn)行分類。（1）按半導(dǎo)體材料分，可分為硅管和鍺管。硅三極管工作穩(wěn)定性優(yōu)于鍺三極管，因此當(dāng)前生產(chǎn)和使用的多為硅三極管。（2）按內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)分，可分為NPN 型和PNP 型兩類。目前，我國制造的硅管多為NPN型（也有少量PNP 型），鍺管多為PNP 型。（3）按功率大小分，可分為小功率管、中

10、功率管和大功率管。（4）按工作頻率分，可分為超高頻管、高頻管、低頻管。二、三極管電流放大作用1三極管的電流放大作用三極管的電流放大作用（1）三極管電流分配關(guān)系。）三極管電流分配關(guān)系。IE = IB + IC（2）三極管電流放大作用。）三極管電流放大作用。 IB 變化時(shí)IC 也跟著變化，IC 受IB 控制。 IC 與IB 之間的比值幾乎是一個(gè)常數(shù)，用 表示， 稱為共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)。 IC 與IB 的比值幾乎是一個(gè)常數(shù)，用 表示， 稱為共發(fā)射極交流電流放大系數(shù)。歸納：歸納：三極管在一定的外界電壓條件下所具有的IC 受IB 控制且二者成線性關(guān)系的特性，稱為三極管的直流電流放大作用。而IC 受

11、IB 控制且二者成線性關(guān)系的特性，稱為三極管的交流電流放大作用。2具有電流放大作用的條件具有電流放大作用的條件 三極管具有電流放大作用的外部條件是：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。即對(duì)NPN型，3 個(gè)電極上的電位分布是UC UB UE。 對(duì)于PNP 型，UC UB UE。3三極管的連接方式（組態(tài)）三極管的連接方式（組態(tài)）三、三極管的特性曲線及主要參數(shù)1三極管伏安特性曲線（以共發(fā)射極組態(tài)為例）三極管伏安特性曲線（以共發(fā)射極組態(tài)為例）（1）三極管輸入特性曲線。）三極管輸入特性曲線。反映輸入電流IB 與輸入電壓UBE 之間的關(guān)系曲線稱為輸入特性曲線，它以輸出電壓UCE 一定值作參考量。當(dāng)UCE 1V之后，輸

12、入特性曲線基本重合。 通常，把三極管電流開始明顯增長(zhǎng)的發(fā)射結(jié)電壓稱為導(dǎo)通電壓。在室溫下，硅管的導(dǎo)通電壓約為0.6 0.7 V，鍺管的導(dǎo)通電壓約為0.2 0.3V。（2）三極管輸出特性曲線。）三極管輸出特性曲線。反映輸出電流IC 與輸出電壓UCE 之間關(guān)系的曲線叫輸出特性曲線，它以輸入電流IB 一定值作參考量。 截止區(qū)：截止區(qū)：IB = 0 的輸出特性曲線以下的區(qū)域。這時(shí)各電極電流幾乎全為零，三極管內(nèi)部各極開路，即相當(dāng)于開關(guān)斷開。此時(shí)管壓降UCE 近似等于電源電壓。 飽和區(qū)：飽和區(qū)：每條曲線拐點(diǎn)連線左側(cè)的區(qū)域。此時(shí)IC 已不再受IB 控制，三極管沒有電流放大作用。三極管飽和時(shí)的UCE 值稱為飽和

13、壓降，記作UCES，小功率硅管的UCES 約為0.3V，鍺管約為0.1V，此時(shí)三極管的集電極、發(fā)射極間呈現(xiàn)低電阻，相當(dāng)于開關(guān)閉合。 放大區(qū)：放大區(qū)：每條曲線的平直部分所構(gòu)成的區(qū)域。在該區(qū)域三極管具有電流放大作用。在放大區(qū)的三極管IC 只受IB 控制，與UCE 幾乎無關(guān)。（3）溫度對(duì)三極管伏安特性曲線的影響。）溫度對(duì)三極管伏安特性曲線的影響。溫度對(duì)半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性能影響很大，所以溫度對(duì)三極管的性能也會(huì)產(chǎn)生影響。2三極管主要參數(shù)三極管主要參數(shù)（1）電流放大系數(shù)。）電流放大系數(shù)。 共發(fā)直流電流放大系數(shù)共發(fā)直流電流放大系數(shù)。它是反映三極管直流電流放大能力強(qiáng)弱的參數(shù)，它的定義是當(dāng)UCE 為常數(shù)時(shí) 共發(fā)

14、交流電流放大系數(shù)共發(fā)交流電流放大系數(shù)。它是反映三極管交流電流放大能力強(qiáng)弱的參數(shù)，它的定義是當(dāng)UCE 為常數(shù)時(shí)（2）反向飽和電流。）反向飽和電流。 集集基反向飽和電流基反向飽和電流ICBO。它是指三極管發(fā)射極開路時(shí)，流過集電結(jié)的反向漏電電流。 集集射反向飽和電流射反向飽和電流ICEO。它是指三極管基極開路時(shí)，集電極與發(fā)射極之間加上一定的電壓時(shí)集電極的電流。ICEO 與ICBO 的關(guān)系為ICEO = (1 + ) ICBO除以上參數(shù)外，還有一些三極管正常工作時(shí)所不能超越的極限參數(shù)。* 第3節(jié) 其他半導(dǎo)體器件 一、場(chǎng)效晶體管 二、晶體閘流管簡(jiǎn)介一、場(chǎng)效晶體管一、場(chǎng)效晶體管 場(chǎng)效晶體管簡(jiǎn)稱場(chǎng)效應(yīng)管，它

15、也是一種具有PN結(jié)的半導(dǎo)體器件。如圖1.35 所示為幾種場(chǎng)效晶體管的實(shí)物圖。 場(chǎng)效晶體管有3 個(gè)電極，即柵極G、源極S 和漏極D，場(chǎng)效晶體管則是利用輸入電壓產(chǎn)生電場(chǎng)效應(yīng)來控制輸出電流的器件，稱為電壓控制器件。1場(chǎng)效晶體管的類型、結(jié)構(gòu)及符號(hào)場(chǎng)效晶體管的類型、結(jié)構(gòu)及符號(hào)（1）場(chǎng)效晶體管的類型。）場(chǎng)效晶體管的類型。場(chǎng)效晶體管按其結(jié)構(gòu)的不同分為結(jié)型場(chǎng)效晶體管和絕緣柵型場(chǎng)效晶體管。每種類型的場(chǎng)效晶體管又分為N 溝道、P 溝道。其中N 溝道、P 溝道絕緣柵型場(chǎng)效晶體管又按工作方式的不同再分為增強(qiáng)型和耗盡型，而N 溝道、P 溝道結(jié)型場(chǎng)效晶體管均為耗盡型場(chǎng)效晶體管。（2）場(chǎng)效晶體管的結(jié)構(gòu)及圖形符號(hào)。）場(chǎng)效晶體

16、管的結(jié)構(gòu)及圖形符號(hào)。2絕緣柵型場(chǎng)效晶體管主要參數(shù)絕緣柵型場(chǎng)效晶體管主要參數(shù) 場(chǎng)效晶體管的技術(shù)參數(shù)從不同側(cè)面反映了它的一些特性，是選用器件的依據(jù)。（1）開啟電壓）開啟電壓UGS(th)。UGS(th) 是指UDS 為定值（測(cè)試條件）、增強(qiáng)型場(chǎng)效晶體管開始產(chǎn)生ID 電流時(shí)的柵源電壓UGS。UGS(th) 是增強(qiáng)型場(chǎng)效晶體管的重要參數(shù)，對(duì)于N 溝道場(chǎng)效晶體管，UGS(th) 為正值，對(duì)P 溝道場(chǎng)效晶體管，UGS(th) 為負(fù)值。（2）夾斷電壓）夾斷電壓UGS(off)。UGS(off) 是指UDS 為定值（測(cè)試條件）、耗盡型場(chǎng)效晶體管處于剛開始夾斷時(shí)的柵源電壓UGS，屬耗盡型場(chǎng)效晶體管的參數(shù)，N 溝道場(chǎng)效晶體管的UGS(off) 為負(fù)值。（3）飽和漏電流）飽和漏電流IDSS。IDSS 是指在UGS=0 條件下，且